]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - README.md
Merge pull request #617 from RalfJung/cargo-miri
[rust.git] / README.md
1 # Miri [![Build Status](https://travis-ci.org/solson/miri.svg?branch=master)](https://travis-ci.org/solson/miri) [![Windows build status](https://ci.appveyor.com/api/projects/status/github/solson/miri?svg=true)](https://ci.appveyor.com/project/solson63299/miri)
2
3
4 An experimental interpreter for [Rust][rust]'s
5 [mid-level intermediate representation][mir] (MIR).  It can run binaries and
6 test suites of cargo projects and detect certain classes of undefined behavior,
7 for example:
8
9 * Out-of-bounds memory accesses and use-after-free
10 * Invalid use of uninitialized data
11 * Violation of intrinsic preconditions (an [`unreachable_unchecked`] being
12   reached, calling [`copy_nonoverlapping`] with overlapping ranges, ...)
13 * Not sufficiently aligned memory accesses and references
14 * Violation of basic type invariants (a `bool` that is not 0 or 1, for example,
15   or an invalid enum discriminant)
16 * WIP: Violations of the rules governing aliasing for reference types
17
18 [rust]: https://www.rust-lang.org/
19 [mir]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/1211-mir.md
20 [`unreachable_unchecked`]: https://doc.rust-lang.org/stable/std/hint/fn.unreachable_unchecked.html
21 [`copy_nonoverlapping`]: https://doc.rust-lang.org/stable/std/ptr/fn.copy_nonoverlapping.html
22
23
24 ## Running Miri on your own project('s test suite)
25
26 Install Miri as a cargo subcommand:
27
28 ```sh
29 cargo +nightly install --force --git https://github.com/solson/miri miri
30 ```
31
32 If this does not work, try using the nightly version given in
33 [this file](https://raw.githubusercontent.com/solson/miri/master/rust-version). CI
34 should ensure that this nightly always works.
35
36 You have to use a consistent Rust version for building miri and your project, so
37 remember to either always specify the nightly version manually (like in the
38 example above), overriding it in your project directory as well, or use `rustup
39 default nightly` (or `rustup default nightly-YYYY-MM-DD`) to globally make
40 `nightly` the default toolchain.
41
42 Now you can run your project in Miri:
43
44 1. Run `cargo clean` to eliminate any cached dependencies.  Miri needs your
45    dependencies to be compiled the right way, that would not happen if they have
46    previously already been compiled.
47 2. To run all tests in your project through Miri, use `cargo +nightly miri test`.
48 3. If you have a binary project, you can run it through Miri using `cargo
49    +nightly miri run`.
50
51 When running code via `cargo miri`, the `miri` config flag is set.  You can
52 use this to exclude test cases that will fail under Miri because they do things
53 Miri does not support:
54
55 ```rust
56 #[cfg(not(miri))]
57 #[test]
58 fn does_not_work_on_miri() {
59     let x = 0u8;
60     assert!(&x as *const _ as usize % 4 < 4);
61 }
62 ```
63
64 ### Common Problems
65
66 When using the above instructions, you may encounter a number of confusing compiler
67 errors.
68
69 #### "found possibly newer version of crate `std` which `<dependency>` depends on"
70
71 Your build directory may contain artifacts from an earlier build that have/have
72 not been built for Miri. Run `cargo clean` before switching from non-Miri to
73 Miri builds and vice-versa.
74
75 #### "found crate `std` compiled by an incompatible version of rustc"
76
77 You may be running `cargo miri` with a different compiler version than the one
78 used to build the custom libstd that Miri uses, and Miri failed to detect that.
79 Try deleting `~/.cache/miri`.
80
81 ## Development and Debugging
82
83 If you want to hack on miri yourself, great!  Here are some resources you might
84 find useful.
85
86 ### Using a nightly rustc
87
88 Miri heavily relies on internal rustc interfaces to execute MIR.  Still, some
89 things (like adding support for a new intrinsic) can be done by working just on
90 the Miri side.
91
92 To prepare, make sure you are using a nightly Rust compiler.  The most
93 convenient way is to install Miri using cargo, then you can easily run it on
94 other projects:
95
96 ```sh
97 cargo +nightly install --path "$DIR" --force # or the nightly in `rust-version`
98 cargo +nightly miri setup
99 ```
100
101 If you want to use a different libstd (not the one that comes with the
102 nightly), you can do that by running
103
104 ```sh
105 XARGO_RUST_SRC=~/src/rust/rustc/src/ cargo +nightly miri setup
106 ```
107
108 Either way, you can now do `cargo +nightly miri run` to run Miri with your
109 local changes on whatever project you are debugging.
110
111 (We are giving `+nightly` explicitly here all the time because it is important
112 that all of these commands get executed with the same toolchain.)
113
114 `cargo miri setup` should end in printing the directory where the libstd was
115 built.  For the next step to work, set that as your `MIRI_SYSROOT` environment
116 variable:
117
118 ```sh
119 export MIRI_SYSROOT=~/.cache/miri/HOST # or whatever the previous command said
120 ```
121
122 ### Testing Miri
123
124 Instead of running an entire project using `cargo miri`, you can also use the
125 Miri "driver" directly to run just a single file.  That can be easier during
126 debugging.
127
128 ```sh
129 cargo run tests/run-pass/format.rs # or whatever test you like
130 ```
131
132 You can also run the test suite with `cargo test --release`.  `cargo test
133 --release FILTER` only runs those tests that contain `FILTER` in their filename
134 (including the base directory, e.g. `cargo test --release fail` will run all
135 compile-fail tests).  We recommend using `--release` to make test running take
136 less time.
137
138 Now you are set up!  You can write a failing test case, and tweak miri until it
139 fails no more.
140 You can get a trace of which MIR statements are being executed by setting the
141 `MIRI_LOG` environment variable.  For example:
142
143 ```sh
144 MIRI_LOG=info cargo run tests/run-pass/vecs.rs
145 ```
146
147 Setting `MIRI_LOG` like this will configure logging for miri itself as well as
148 the `rustc::mir::interpret` and `rustc_mir::interpret` modules in rustc.  You
149 can also do more targeted configuration, e.g. to debug the stacked borrows
150 implementation:
151 ```sh
152 MIRI_LOG=rustc_mir::interpret=info,miri::stacked_borrows cargo run tests/run-pass/vecs.rs
153 ```
154
155 In addition, you can set `MIRI_BACKTRACE=1` to get a backtrace of where an
156 evaluation error was originally created.
157
158
159 ### Using a locally built rustc
160
161 Since the heart of Miri (the main interpreter engine) lives in rustc, working on
162 Miri will often require using a locally built rustc.  The bug you want to fix
163 may actually be on the rustc side, or you just need to get more detailed trace
164 of the execution than what is possible with release builds -- in both cases, you
165 should develop miri against a rustc you compiled yourself, with debug assertions
166 (and hence tracing) enabled.
167
168 The setup for a local rustc works as follows:
169 ```sh
170 git clone https://github.com/rust-lang/rust/ rustc
171 cd rustc
172 cp config.toml.example config.toml
173 # Now edit `config.toml` and set `debug-assertions = true` and `test-miri = true`.
174 # The latter is important to build libstd with the right flags for miri.
175 # This step can take 30 minutes and more.
176 ./x.py build src/rustc
177 # If you change something, you can get a faster rebuild by doing
178 ./x.py --keep-stage 0 build src/rustc
179 # You may have to change the architecture in the next command
180 rustup toolchain link custom build/x86_64-unknown-linux-gnu/stage2
181 # Now cd to your Miri directory, then configure rustup
182 rustup override set custom
183 ```
184
185 With this, you should now have a working development setup!  See
186 ["Testing Miri"](#testing-miri) above for how to proceed.
187
188 Running `cargo miri` in this setup is a bit more complicated, because the Miri
189 binary you just created does not actually run without some enviroment variables.
190 But you can contort cargo into calling `cargo miri` the right way for you:
191
192 ```sh
193 # in some other project's directory, to run `cargo miri test`:
194 MIRI_SYSROOT=$(rustc +custom --print sysroot) cargo +custom run --manifest-path /path/to/miri/Cargo.toml --bin cargo-miri --release -- miri test
195 ```
196
197 ### Miri `-Z` flags and environment variables
198
199 Several `-Z` flags are relevant for Miri:
200
201 * `-Zmir-opt-level` controls how many MIR optimizations are performed.  miri
202   overrides the default to be `0`; be advised that using any higher level can
203   make miri miss bugs in your program because they got optimized away.
204 * `-Zalways-encode-mir` makes rustc dump MIR even for completely monomorphic
205   functions.  This is needed so that miri can execute such functions, so miri
206   sets this flag per default.
207 * `-Zmiri-disable-validation` is a custom `-Z` flag added by miri.  It disables
208   enforcing the validity invariant, which is enforced by default.  This is
209   mostly useful for debugging; it means miri will miss bugs in your program.
210
211 Moreover, Miri recognizes some environment variables:
212
213 * `MIRI_SYSROOT` (recognized by `miri`, `cargo miri` and the test suite)
214   indicates the sysroot to use.
215 * `MIRI_TARGET` (recognized by the test suite) indicates which target
216   architecture to test against.  `miri` and `cargo miri` accept the `--target`
217   flag for the same purpose.
218
219 ## Contributing and getting help
220
221 Check out the issues on this GitHub repository for some ideas. There's lots that
222 needs to be done that I haven't documented in the issues yet, however. For more
223 ideas or help with running or hacking on Miri, you can open an issue here on
224 GitHub or contact us (`oli-obk` and `RalfJ`) on the [Rust Zulip].
225
226 [Rust Zulip]: https://rust-lang.zulipchat.com
227
228 ## History
229
230 This project began as part of an undergraduate research course in 2015 by
231 @solson at the [University of Saskatchewan][usask].  There are [slides] and a
232 [report] available from that project.  In 2016, @oli-obk joined to prepare miri
233 for eventually being used as const evaluator in the Rust compiler itself
234 (basically, for `const` and `static` stuff), replacing the old evaluator that
235 worked directly on the AST.  In 2017, @RalfJung did an internship with Mozilla
236 and began developing miri towards a tool for detecting undefined behavior, and
237 also using miri as a way to explore the consequences of various possible
238 definitions for undefined behavior in Rust.  @oli-obk's move of the miri engine
239 into the compiler finally came to completion in early 2018.  Meanwhile, later
240 that year, @RalfJung did a second internship, developing miri further with
241 support for checking basic type invariants and verifying that references are
242 used according to their aliasing restrictions.
243
244 [usask]: https://www.usask.ca/
245 [slides]: https://solson.me/miri-slides.pdf
246 [report]: https://solson.me/miri-report.pdf
247
248 ## License
249
250 Licensed under either of
251   * Apache License, Version 2.0 ([LICENSE-APACHE](LICENSE-APACHE) or
252     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0)
253   * MIT license ([LICENSE-MIT](LICENSE-MIT) or
254     http://opensource.org/licenses/MIT) at your option.
255
256 ### Contribution
257
258 Unless you explicitly state otherwise, any contribution intentionally submitted
259 for inclusion in the work by you shall be dual licensed as above, without any
260 additional terms or conditions.